تضعیف و تصفیه ویروس کرونا به واسطه ماسک حرارتی طراحی شده توسط مهندسین

این ماسک چند بار مصرف بوده و شامل یک مش مسی گرم است که با باتری کار می کند و توسط نئوپرین عایق شده است. اکنون گروهی از محققان دانشگاه MIT امیدوارند که یک گام فراتر از ماسک های معمولی که تنها ویروس ها را فیلتر می کنند، بردارند و ماسکی ایجاد کنند که ویروس ها را با استفاده از گرما غیرفعال کند.

تحقیق ارائه شده در این مقاله بر روی یک سرور پیش چاپ منتشر شده است اما هنوز توسط کارشناسان علمی یا پزشکی مورد بررسی قرار نگرفته است.

نویسنده: امیرضا جهانی

مشخص شده است که ماسک های صورت در فیلتر کردن ویروس هایی مانند ویروس SARS-CoV-2 موثر هستند و در نتیجه خطر عفونت را کاهش می دهند. اکنون گروهی از محققان دانشگاه MIT امیدوارند که یک گام جلوتر بروند و ماسکی ایجاد کنند که ویروس ها را با استفاده از گرما غیرفعال کند.

هدف محققان ساخت ماسکی است که دارای مش مسی گرم شده باشد. هنگامی که شخص ماسک را بر روی صورت خود قرار می دهد، با تنفس از داخل و خارج، هوا به طور مکرر از طریق این مش عبور می کند و هرگونه ذره ویروسی موجود در هوا با دمای بالای مش غیرفعال می شود. محققان می گویند، چنین ماسکی می تواند برای متخصصان مراقبت های بهداشتی و همچنین افراد جامعه، در شرایطی مانند وسایل نقلیه عمومی که دستیابی به فاصله اجتماعی دشوار است مفید باشد. مایکل استرانو ، استاد مهندسی شیمی دانشگاه MIT می گوید: “این یک مفهومی کاملاً جدید از ماسک است زیرا در درجه اول مسیر ویروس را مسدود نمی کند. در حقیقت اجازه عبور از ماسک را می دهد ولی سرعت آن را کم و ویروس را غیرفعال می کند.

محققان ساخت نمونه های اولیه را آغاز کرده اند و امیدوارند که آزمایش آنها به زودی آغاز شود. آنها مفهوم و طرح جدید را در مقاله ای برای سرور پیش چاپ آنلاین bioRxiv ارسال توصیف كردند و مقاله را نیز به یك ژورنال کارشناسی معرفی كرده اند.

استرانو نویسنده ارشد مقاله و دانشجوی کارشناسی ارشد MIT و ساموئل فوچر رهبر نویسندگان مقاله می باشد. سایر نویسندگان شامل دانشجویان تحصیلات تکمیلی MIT دانیل لوندبرگ ، شینیاو لیانگ و شیائوجیا جین هستند. همچنین دانشجویان مقطع کارشناسی، روزالی فیلیپس؛ دانشجوی فوق دکتری درسا پرویز؛ جاکوب بونگیورنو، پروفسور TEPCO در علوم و مهندسی هسته ای در MIT.

غیرفعال سازی ویروس ها

اندکی پس از آنکه MIT عملیات تحقیقاتی در دانشگاه را کاهش داد، استرانو و بوونگیورنو در ماه مارس شروع به تحقیق درباره مفاهیم مربوط به انواع جدید ماسک های صورت کردند. آنها با تحقیق در گزارش های علمی موجود در مورد انواع مختلف ماسک ها شروع کردند و هیچ ماسکی پیدا نکردند که در درجه اول برای از بین بردن ویروس ها توسط گرما طراحی شده باشد.

استرانو می گوید: “ماسک هایی که اکنون مورد استفاده قرار می گیرند، صرفا جهت به دام انداختن ویروس کاربرد دارند. این بدین معناست که تنها کاربرد محافطتی دارند. اما هیچ کسی واقعا به فکر غیرفعال کردن ویروس و استریل کردن هوای محیط نیست. این موضوع باعث تعجب من شده است.”

این تیم قصد داشتند ماسکی طراحی کنند که ویروس ها را با استفاده از گرما از بین ببرد. آنها تصمیم گرفتند از مش مسی به عنوان عنصر گرم كننده و گیرنده استفاده كنند، و مدلسازی ریاضیاتی را برای تعیین دامنه گرمای مورد نیاز جهت از بین بردن ویروس های موجود در دم و بازدم طبیعی انجام دادند.

فاوچر می گوید: “اکثریت قریب به اتفاق ماسک ها امروزه با فیلتراسیون، فیلتر کردن ذرات بر اساس اندازه یا بار الکتریکی عمل می کنند.” “این ماسک به مکانیسم دیگری متکی است و عمدتا با غیرفعال سازی حرارتی کار می کند.”

دانشمندان محاسبه کردند که ویروس‌های کرونا چگونه در دمای مختلف تخریب می‌شوند و دریافتند که بسته به اندازه نهایی ماسک، دمایی در حدود 90 درجه سانتی گراد می تواند بین هزار تا میلیون برابر در کاهش ذرات ویروسی نقش داشته باشد. آن‌ها همچنین نشان دادند که می‌توان با عبور جریان الکتریکی از شبکه مسی با ضخامت ۰.۱ میلی متر یا بخاری ترموالکتریک که قدرت آن توسط یک باتری کوچک تأمین می‌شود، این دما را به دست آورد. نمونه‌های اولیه موجود این ماسک شامل یک باتری ۹ ولتی است که می‌تواند انرژی کافی برای گرم شدن ماسک و خنک شدن هوا قبل از استنشاق را فراهم کند.

فاوچر می گوید: “البته ما باید مراقب ایمنی و راحتی استفاده کنندگان از ماسک باشیم.” “هوا پس از غیرفعال سازی ویروسی خنک می شود، تا ماسک برای استفاده راحت و ایمن باشد.”

محققان با استفاده از نفس کشیدن و ایجاد نوعی راکتور معروف به راکتور جریان معکوس، توانستند کارایی غیرفعال سازی ویروس را افزایش دهند. با نفس کشیدن به داخل و بیرون توسط فرد، جریان هوا به طور مداوم در ماسک معکوس می شود و باعث می شود ویروس های موجود در ماسک بارها از روی مش عبور کنند و احتمال غیرفعال شدن آنها را بیشتر می کند. هوای خالص از دریچه های دو طرف ماسک خارج می شود.

توری مسی توسط نئوپرن احاطه شده است ، ماده ای عایق که از گرم شدن بیش از حد خارج ماسک برای پوشیدن جلوگیری می کند.

بوونگیورنو می گوید: “دستیابی به درجه حرارت برای غیرفعال شدن ویروس ضمن عایق بندی حرارتی صورت فرد و اطمینان از استنشاق هوای خنک قابل قبول، یک چالش جالب انتقال گرما را ایجاد می کند، که با عایق نئوپرن و احیای گرما آن را برطرف کردیم.”

فناوری بهتر

ماسک های تنفسی N95، ماسک های جراحی و ماسک های پارچه ای موثر هستند و باید طبق دستورالعمل های همه گیر استفاده شود، اما یک مزیت بالقوه ماسک های گرم شده این است که چون ویروس را از بین می برند، پس از مصرف نیازی به ضدعفونی یا دور ریختن آنها نیست. علاوه بر این، ممکن است با از بین بردن ویروس به جای فیلتر کردن آنها، از حفاظت بیشتری برخوردار شوند.

استرانو می گوید: “در آنچه که ما نشان می دهیم این امکان وجود دارد تا با ماسکی که روی صورت خود قرار می دهید، بتوانید از طریق این فناوری هوای استریل را تنفس کنید. همچنین موجب می شود از افراد اطراف خود و همچنین خودتان محافظت کنید. “

محققان می گویند ماسک های حرارتی گران تر از ماسک های پارچه ای یا ماسک های جراحی هستند، اما ممکن است در شرایطی که خطر قرار گرفتن در معرض زیاد است، هزینه آن کمتر باعث نگرانی شود. آنها درخواست ثبت اختراع در زمینه طراحی ماسک خود را داده اند و قصد دارند آزمایش نمونه های اولیه را با همکاران در MIT آغاز کنند.

بودجه این تحقیق به عنوان بخشی از پروژه ای بود که توسط دفتر تحقیقات دریایی حمایت مالی شد.

منبع